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Festigkeitslehre

Kragbalken mit Einzellast: Durchbiegung

Wie weit senkt sich das freie Ende eines Kragarms unter einer Einzellast?

Umstellen nach

Die Durchbiegung f am freien Ende eines Kragbalkens unter einer Einzellast F folgt aus der Biegelinie: f = F · L³ / (3 · E · I). Das Produkt E · I ist die Biegesteifigkeit; die Länge geht mit der dritten Potenz ein, sodass ein doppelt so langer Kragarm achtmal so stark durchhängt.

Die Formel gilt für konstanten Querschnitt, starre Einspannung und linear-elastisches Verhalten. Der Kragarm ist der Balkenfall mit der größten Durchbiegung: Bei gleicher Last und Länge biegt er sich 16-mal stärker durch als ein Zweistützbalken mit mittiger Last.

In der Praxis ist die Durchbiegung oft der maßgebende Nachweis, bevor die Spannung kritisch wird – etwa bei Konsolen, Vordächern oder Messaufbauten, bei denen eine Verformung von wenigen Millimetern bereits stört. Übliche Grenzwerte liegen je nach Anwendung in der Größenordnung von L/150 bis L/300 der Kragarmlänge.

Größen und Einheiten

SymbolBedeutungEinheit
DurchbiegungAbsenkung des freien Endesmm
EinzellastKraft am freien Ende (1 kN = 1 000 N)N
KragarmlängeAbstand von der Einspannung bis zum Lastangriffmm
ElastizitätsmodulWerkstoffkennwertN/mm²
Flächenträgheitsmomentum die Biegeachse (Profiltabelle: 1 cm⁴ = 10 000 mm⁴)mm⁴

Rechner

mm
N
mm
N/mm²
typisch: Stahl 210 000 · Aluminium 70 000 · Holz 11 000
mm⁴

Ergebnis

Rechenweg

  1. Werte eintragen, eine Größe leer lassen, „Lösen“ drücken.

Grafik

Kragbalken mit Einzellast: DurchbiegungKragbalken mit Einzellast am freien Ende mit L = 800 mm, F = 3 000 N, f = 1,426 mm, M max = 2 400 000 N·mm, E = 210 000 N/mm², I = 1 710 000 mm⁴.F = 3 000 Nf = 1,426 mmL = 800 mmMmax​ = 2 400 000 N·mmE = 210 000 N/mm²I = 1 710 000 mm⁴f überhöht dargestellt
Beispiel: ≈ 1,43 mm (L/560)

Ergebnis ohne Gewähr – ersetzt keine Fachplanung.

Beispiel

Die Stahlkonsole aus dem vorigen Beispiel (IPE 100, I_y = 171 cm⁴) ist 800 mm lang und trägt am Ende 3 kN. Wie groß ist die Durchbiegung am freien Ende?

  1. Umrechnen: F = 3 000 N; L = 800 mm; E = 210 000 N/mm²; I = 171 cm⁴ = 1 710 000 mm⁴ (1 cm⁴ = 10 000 mm⁴).
  2. Formel: f = F · L³ / (3 · E · I).
  3. Einsetzen: f = 3 000 N · (800 mm)³ / (3 · 210 000 N/mm² · 1 710 000 mm⁴) = 1,536 · 10¹² / 1,077 · 10¹² mm ≈ 1,43 mm.
  4. Bewertung: f = 1,43 mm entspricht L/560 – deutlich unter den üblichen Grenzwerten von L/150 bis L/300. Die Konsole ist ausreichend steif.

Ergebnis: ≈ 1,43 mm (L/560)

Gültigkeit & Hinweise

  • Gilt für konstanten Querschnitt, starre Einspannung und kleine Durchbiegungen (f ≪ L).
  • Eigengewicht nicht berücksichtigt; für eine Gleichlast q auf dem Kragarm gilt f = q · L⁴ / (8 · E · I).
  • Eine nachgiebige Einspannung (z. B. Schraubanschluss) vergrößert die tatsächliche Durchbiegung.

Typische Fehler

  • I in cm⁴ statt mm⁴ einsetzen (Faktor 10 000).
  • L in m einsetzen – da L kubisch eingeht, ist das Ergebnis dann um den Faktor 10⁹ falsch.